1 研究背景及其意义 1.1 背景 20世纪末,信息技术的发展深刻地影响着现代科技、教育、工农业生产,乃至经济建设的各个方面,甚至影响着人们的生活和思维方式。世纪之交,世界各国纷纷提出了“数字地球”的概念,并逐步实施着自己的“数字地球”战略[1]。“数字地球”战略的提出与实施,对环境考古研究提供了新的思路和机会。随着对环境考古研究工作的深入,不仅对如年代的精确测定、地层与文化层的准确划分以及遗址大比例尺平面、剖面图的精确测绘等各种时间、空间及特征高分辨率信息的获取技术的要求越来越高,而且对所获取信息的处理与分析技术要求也越来越高,现代数据库、地理信息系统、国际互联网、数字仿真与虚拟现实等信息科学技术的发展为环境考古信息的处理与综合分析创造了条件。 2002年10月,为纪念世界遗产公约签订30周年,在法国举办的“遗产保护的空间应用”大会,表明了联合国教科文组织对空间信息技术的高度重视。2003年5月,在美国华盛顿举行的第五届世界考古大会,将会议主题确定为“数字时代的考古学”(注:陈述彭,“数字考古”与古环境再现,香山科学会议“历史文化遗产信息的空间认识”学术讨论会会议交流材料,2003年11月。)。2004年10在北京召开的国际遥感考古大会上,关于数字测量、遥感、地理信息系统、虚拟现实等在考古、环境考古中的应用成为大会主要内容,部分与会代表在会议上提出了“Digital Archaeology(数字考古)”、“Digital Site(数字遗址)”的概念(注:Ronald Blom,Donglas Comer,Anthony Freeman,et al.,Application of remote sensing and GIS to archaeology:Examples from diverse environments,International Conference on Remote Sensing Archaeolgy,October,2004.)(注:Maurizio Forte,The reconstruction of the archaeological landsca pe:remote sensing,mindscapes and virtual reality,International Conference on Remote Sensing Archaeology,October 2004.)。国内关于信息技术在考古、环境考古中的应用,自20世纪90年代中期以来,以越来越高的频率出现在论文、论著及会议议题中[2~11]。为了适应信息时代的要求,我们有必要提出并实施“数字环境考古”计划,推动环境考古学研究向纵深发展。 “数字环境考古”是信息时代对环境考古研究提出的要求,是数字测量、遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)、虚拟现实(VR)、数据库和网络等现代化技术手段在环境考古研究中的综合运用。数字环境考古的目标,是对遗址、遗址域以及区域的诸多环境考古要素和过程构建一体化的数字集成平台和虚拟环境。 黄河中下游是中华文明的摇篮,是我国新石器文化重要策源地之一,是夏、商、周至唐宋时期经济、政治与文化中心,中国文化在这里孕育、发展,连绵不断。众多的研究表明,中国新石器时代的裴李岗文化、仰韶文化、龙山文化的繁荣和早期的国家政权夏、商王朝等建都在黄河中下游地区,与这一地区适宜的地理环境有密切的关系[12,13]。长期以来,黄河中下游一直是考古和环境考古关注的重点地区[14~18]。 1.2 意义 在黄河中下游地区率先开展数字环境考古,将黄河中下游地区的古代璀璨文明及其与地理环境的密切关系通过数字测量、遥感、地理信息系统、全球定位系统、虚拟现实、数据库和互联网等现代化技术体现出来,有利于对人类进步以及该地区社会发展的系统规律进行综合研究,无论从环境考古信息的获取还是对这些信息的处理与综合分析过程都将得到很大程度的优化。黄河中下游数字环境考古研究的深入开展,将为数字技术应用于环境考古研究提供新的思路和新的方法,为跨学科的环境考古研究、人类发展过程中自然系统与社会系统关联分析与数据融合、信息挖掘与知识发现、模拟与预测等提供共享平台。同时作为突破学科边缘、建立交叉领域、产生新思想、开辟新方向的数字“孵化器”,将对黄河中下游地区古文明探源提供新的依据,为认识、协调现今该区域人地关系和预测未来环境发展提供定量、客观、直观的决策参考,也必将对弘扬中华民族五千年灿烂文化起到积极的推动作用。 2 研究方法与技术体系 2.1 研究方法 2.1.1 空间数据采集。环境考古研究的空间对象按照其规模和内涵分为遗址、遗址域和区域。遗址指的是考古遗物分布的范围,通常通过考古调查确定。遗址域指遗址及其周边密切相关的地域范围。区域指的是具有某种环境考古特征的包含多个遗址域的环境考古范围,如流域、中原地区、环嵩山文化圈等。 通过数字测量可以获得遗址、遗址域以及区域的数字空间信息。数字测量包括全球定位系统、电子全站仪以及遥感数字测量3种方式。(1)环境考古中使用GPS技术,侧重于方便快捷地进行控制测量、目标定位等工作。只有在规模很小的遗址,才利用GPS独立完成测量或测绘,获取空间数据。(2)电子全站仪可以实时计算、显示和输出所需要的点与点之间的方位角、水平距离、高差或点的三维坐标等测量成果[10]。(3)利用航空相片或高空间分辨率的卫星影像,通过全数字摄影测量软件或其它遥感与地理信息系统专用软件,可以获得遗址、遗址域以及区域的遥感影像(影像图)、矢量空间数据,以及由此派生的各类环境考古专题数据(数字高程模型、三维影像等)。对于百万平方米以下的单个遗址,通常不用这种方式,而对于遗址域以及区域的测量、测绘,利用航空摄影数据或卫星数据采集空间信息无疑是最佳的方式。